Batterijloze 5 Volt Project Power - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:20

Nu kunt u constant een geregelde stroomvoorziening binnen handbereik hebben zonder batterijen om te vervangen of op te laden! Deze Instructable laat je zien hoe je een sleutelhanger-dynamo-zaklamp kunt wijzigen in een magere, gemene voeding die batterijen kan vervangen voor projecten die snel 5 volt gelijkstroom (5V DC) nodig hebben.

Als je zelfs digitale logica, analoge chips of een microcontroller in een project hebt opgenomen, is de kans groot dat je een manier hebt moeten vinden om 5V DC aan je circuit te leveren. Er zijn weinig primaire bronnen van 5V, dus je kunt een muurwrat gebruiken om wisselstroom om te zetten (wat uiteraard beperkt waar je je nieuwe gadget mee naartoe kunt nemen) of je kunt extra tijd besteden aan het bouwen van een regelcircuit om meerdere 1,5V-batterijen naar de benodigde Spanning. Deze oplossingen zijn nodig voor sommige circuits, maar zou het voor kleinere gadgets niet fijn zijn om altijd een voorraad te hebben, zodat u direct aan andere aspecten van het project kunt werken? Door een paar elektronische componenten toe te voegen aan een algemeen verkrijgbare dynamo-zaklamp, kunt u kleine apparaten korte tijd van stroom voorzien zonder stopcontacten of batterijen te gebruiken. De verbeterde dynamo is geweldig voor op de werkbank of om overal nieuwe projecten te laten zien. Deze Instructable behandelt het monteren en installeren van een step-up DC-DC-converter die de variërende lage spanning van de generator van de sleutelhangerdynamo omzet in een constante 5V. Het step-up circuit laadt een grote condensator op die zorgt voor energieopslag en wat vermogen, zelfs als de dynamo niet draait. Door de stappen in deze Instructable te volgen, kunt u dit allemaal bereiken zonder een speciale printplaat te maken of moeilijk te solderen componenten voor opbouwmontage te gebruiken. Om de elektronische onderdelen in de sleutelhangerbehuizing te krijgen, heb je wat circuitorigami nodig, maar na ongeveer een uur knutselen heb je een mooi apparaat dat minutenlang tot 50 milliampère stroom kan leveren bij een constante 5V DC terwijl het wordt opgewonden en milliwatt aan vermogen. !

Stap 1: Hoe het werkt

Elektrische generatorStroom die in een motor stroomt, creëert een magnetisch veld in spoelen die aan de as zijn bevestigd, dat draait in aanwezigheid van een magnetisch veld van vaste magneten. Wanneer een motor in omgekeerde richting loopt - kracht wordt toegepast door de as te draaien - wordt er een spanning in de spoel geïnduceerd. De wet van Faraday zegt dat deze spanning evenredig is met de snelheid waarmee het magnetische veld in de spoel verandert. Dus hoe sneller de as wordt gedraaid, hoe groter de spanning. Overbrengingsverhoudingen Een reeks tandwielen wordt gebruikt in de sleutelhanger om de generator zo snel mogelijk te laten draaien. Als je aan de hendel draait, zet het drie samengestelde rechte tandwielen in beweging. De ene helft van elk samengesteld tandwiel heeft een kleine straal en de andere helft heeft een grote straal. Wanneer de kleine straal wordt gedraaid, veranderen de tanden aan de rand van de grotere straal verhoudingsgewijs sneller van plaats. Door deze samengestelde tandwielen in cascade te zetten, kan de startsnelheid meerdere keren worden vermenigvuldigd en kan de generatoras veel sneller worden gedraaid dan een mens hem zou kunnen draaien. redelijk starten, maar de spanning is niet hoog genoeg om 5V te bereiken. Deze spanning varieert ook snel op basis van de rotatiesnelheid van de as. Om een stabiele 5V output te krijgen, is een step-up converter nodig. Het specifieke geïntegreerde circuit dat is gekozen - de MAX756 - kan spanningen van slechts 0,7 V omzetten in 5 V en wordt geleverd in een handige 8-pins verpakking. Het step-up circuit is gebaseerd op het toepassingscircuit in de MAX756 datasheet. https://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf Hoewel er wordt geadverteerd dat deze dynamo-sleutelhangerzaklampen geen batterijen nodig hebben, lijken ze drie batterijen in muntformaat te hebben. De generator is aan deze stapel knoopbatterijen gesoldeerd in een wat ruw laadcircuit. Ik denk echter niet dat deze batterijen oplaadbaar zijn en dat ze na de eerste ontlading snel leeglopen. Deze Instructable vervangt deze muntenstapel door een grote condensator die vaker kan worden opgeladen en efficiënter is. Zie het schema voor de lay-out van het hele circuit. De specifieke componenten zijn gekozen voor eenvoudig handmatig solderen, terwijl ze de kleinste maten waren die nog steeds geschikt waren voor de spanningen in het circuit. Opmerking: het gegevensblad van de MAX756 heeft C3 als een condensator van 150 uF. De condensatoren van 150 uF die ik vond waren fysiek veel groter dan de condensatoren van 100 uF en zouden niet in de kleine sleutelhanger passen. Dus heb ik C3 vervangen door een 100 uF condensator en het lijkt goed te werken.

Stap 2: Onderdelen en gereedschappen

Step-up converter onderdelen De onderdelen voor het step-up circuit zijn verkrijgbaar bij een elektronica distributeur zoals Digikey. U1 -- MAX756 3.3V/5V step-up DC-DC converter, 8-pins DIP pakket [Digikey# MAX756CPA+-ND]C1 -- 0,33 F 5,5V condensator, muntverpakking [Digikey# 604-1024-ND]C2, C3 -- 100 uF 6,3V aluminium elektrolytische condensator, mini radiaal [Digikey# P803-ND]C4 -- 0,1 uF 25V keramiek condensator voor algemeen gebruik, doorgaand gat [Digikey# BC1148CT-ND]L1 -- 22 uH RF-smoorspoel, axiaal [Digikey# M8138CT-ND]R1 -- 1k, 1/4W koolstoffilmweerstand voor algemeen gebruik, axiaal [Digikey# 1.0KQBK -ND]D2 -- 1A 20V Schottky-diode, axiaal [Digikey# 1N5817GOS-ND]D3 -- Als u de originele LED's in de zaklamp niet kunt recyclen omdat de draden te kort zijn geknipt, kunt u elke 2 mA LED gebruiken, rond T1 3mm [bijv. Digikey# 475-1402-ND]Dynamo sleutelhangerzaklampIk heb voor dit project een dynamo LED-sleutelhangerzaklamp gebruikt die was gemarkeerd als AIDvantage en gemaakt door LTA, Inc. (item# 02119). Er zijn verschillende zaklampen van dit formaat op de markt, gemaakt door verschillende fabrikanten -- ik heb ze gezien in supermarkten (Giant aan de oostkust) en computerwinkels (Microcenter). Je kunt ze online vinden door te Googlen: dynamo sleutelhanger zaklamp. Ze kosten meestal minder dan $ 5. Ik ontdekte dat er enkele kleine variaties zijn tussen zaklampen die door verschillende fabrikanten zijn gemaakt. Een zaklamp die ik bij Microcenter kreeg, had geen printplaat voor de LED's - de LED's waren gewoon rechtstreeks op de batterij gesoldeerd. Deze LED-printplaat is leuk maar geen vereiste. Als u merkt dat er geen aparte printplaat voor de LED's is, kunt u gewoon de respectievelijke positieve en negatieve draden van de LED + weerstandscombo en uitgangskabel aan elkaar solderen. Een beetje hete lijm in de voorplaat in de buurt van de LED en de uitgangskabel kan de assemblage enige mechanische sterkte geven. De andere variatie was dat de draden op de schakelaar op deze versie ook iets anders aan de batterij waren gesoldeerd. Voor de rest was het vrijwel identiek. Uitgangskabel Ik gebruikte een mannelijke USB A-naar mini-B USB-mannelijke kabel die was weggevangen uit een dode MP3-speler als de uitvoerkabel. Ik heb voor deze kabel gekozen omdat de mini-USB-ingang gebruikelijk is voor kleine circuits. Aangezien er 4 verbindingen in deze kabel zijn, moet je uitzoeken welke draden de positieve en negatieve draden zijn. U kunt echter elk gewenst type uitgangskabel gebruiken als u de polariteit kent. Om de schakeling te testen, wil je waarschijnlijk ook de complementaire aansluiting voor de uitgangsadapter beschikbaar hebben. Ik heb de mini-B-aansluiting van de dode MP3-speler losgesoldeerd en rode en zwarte draden aangesloten op respectievelijk 5V- en aardingspinnen. Gereedschap U hebt het volgende gereedschap nodig om de gewijzigde dynamo te bouwen en te testen:-- draadstripper-- solderen ijzer, soldeer en flux (dit Instructable gaat ervan uit dat je eerder hebt gesoldeerd)-- voltmeter & meetsnoeren-- kleine kruiskopschroevendraaier (voor het openen van de zaklampbehuizing)-- elektrische tape-- kleine draadknippers-- kleine tang-- pincet (optioneel, maar aanbevolen) -- verstelbare bankschroef, derde handgereedschap (optioneel, maar aanbevolen) -- kleine platte schroevendraaier (optioneel, maar aanbevolen) -- heetlijmpistool (optioneel, maar aanbevolen) -- hobbymes (optioneel, maar aanbevolen) aanbevolen)

Stap 3: Circuitorigami: MAX756 en opslagcondensator

A. Identificeer de 8 pinnen op de MAX756 en richt de chip met pin 1 linksonder.

B. Draai de chip om (d.w.z. draai 180 graden door de lange as) en clip pinnen 4 en 5. Deze pinnen gaan naar de batterij-indicator van de MAX756 en worden niet gebruikt in deze Instructable. U kunt het circuit aanpassen en deze pinnen gebruiken om te bepalen wanneer de spanning op de opslagcondensator (C1) laag is. Draai de opslagcondensator om zodat de negatieve pin zich aan de linkerkant bevindt. C. Plaats de MAX756 op de opslagcondensator zodat de chip zich ongeveer tussen de negatieve C1(-) en positieve C1(+)-pinnen van de opslagcondensator bevindt. D. Buig de pinnen van de opslagcondensator naar de MAX756 alsof u de chip op zijn plaats wilt klikken. Buig pinnen 2 en 7 op de MAX756 zodat ze bijna de negatieve pin C1(-) van de opslagcondensator raken. Buig pin 6 zodat deze bijna de positieve pin C1(+) van de opslagcondensator raakt. E. Soldeer C1(-) en pinnen 2 en 7 aan elkaar op de MAX756. Soldeer vervolgens C1(+) en pin 6 aan elkaar op de MAX756. F. Knip tot slot een klein stukje isolatietape af dat ongeveer even groot is als de hoogte en breedte van de MAX756. Gebruik dit stuk om de verbindingen te bedekken die zijn gesoldeerd in E.

Stap 4: Circuitorigami: inductor, referentiecondensator, Schottky-diode

A. Plaats spoel L1 tegen pin 1 en 8 op de MAX756. Druk de L1-draden tegen de MAX756-pinnen, zodat het onderdeel zich zo dicht mogelijk bij het chiplichaam bevindt.

B. Soldeer L1 op pin 1 en 8 en klem de resterende L1-draadlengte vast. C. Plaats de keramische condensator C4 zo dat één draad pin 3 op de MAX756 raakt en de andere tegen een blootliggend deel van pin 2 drukt, dat zich nu grotendeels onder de elektrische tape bevindt. D. Soldeer C4 op pinnen 2 en 3 en klem de resterende C4-draadlengte vast. E. Kijkend naar MAX756 met pin 1 in de linkerbovenhoek, plaats de Schottky-diode D2 op de richel die is gemaakt door de grote condensator C1. Buig de D2 kathode D2(-) pin -- geïdentificeerd met een band -- rond de MAX756 body zodat deze de positieve pool van C1, C1(+) raakt. Buig de D2-anode D2(+) omhoog zodat deze pin 8 op de MAX756 raakt. F. Soldeer de D2-pinnen aan de MAX756 en klem de resterende kabellengte vast. Trim pinnen 8 en 3.

Stap 5: Circuit Origami: elektrolytische condensatoren, deel 1

A. Zet de elektrolytische condensatoren C2 en C3 op hun uiteinden zodat de negatieve klemmen, C2(-) en C3(-), naast elkaar liggen.

B. Buig C3(-) rond C2(-). C. Soldeer de twee negatieve draden aan elkaar dicht bij C2. Hierdoor ontstaat een aardleiding voor de twee condensatoren. Zorg ervoor dat u niet per ongeluk de positieve pool van C2 soldeert. Knip de resterende lengte van C2(-). D. Draai de condensatoren naar u toe. Buig C3(-) in het kanaal tussen de twee condensatoren. Buig aan het einde van de condensatoren de resterende lengte 90 graden alsof u een voet voor de twee condensatoren maakt. E. Met C1(-) naar u toe gericht, plaatst u C2 en C3 aan de linkerkant en steekt u de C3(-) voet tussen de C1(-) terminal en het C1-lichaam. F. Soldeer C3(-) aan C1(-). U koppelt de grondpennen van C2, C3 en C1 aan elkaar.

Stap 6: Circuit Origami: elektrolytische condensatoren, deel 2

A. Buig de positieve pool van C3, C3(+) in de richting van pin 1 op de MAX756 zodat deze zich aan de binnenkant van pin 1 en 2 bevindt.

B. Soldeer C3(+) op pin 1 op de MAX756. Knip de resterende lengte van pen 1 af. C. Draai het geheel zodat het op de negatieve draad van C1, C1(-) rust. Knip een strook elektrische tape af die smaller is dan de breedte van de condensatoren C2 en C3 samen en ongeveer twee keer zo lang. Plaats deze elektrische tape tussen C1 en C2/C3 zodat deze de C2/C3-aardingspinnen bedekt. Dit voorkomt dat C2(+) per ongeluk de aarde raakt en kortsluit. E. Buig C2(+) 90 graden zodat het over de C2/C3-soldeerverbinding komt. Buig het vervolgens 90 graden in de richting van de C1(+)-aansluiting. F. Soldeer C2(+) aan C1(+) en knip de resterende lengte af.

Stap 7: De uitgangskabel maken

Het proces voor het maken van de uitgangskabel hangt af van de adapter die u kiest voor uw projecten. In deze stap wordt beschreven hoe u een mannelijke USB mini-B-kabel kunt gebruiken, aangezien dit een veelgebruikt stekkerformaat is. Ik gebruikte een kabel die uit een dode MP3-speler kwam en die USB-A mannelijke en mini-B mannelijke uiteinden had.

Knip de kabel ongeveer 5 inch vanaf de punt van het mini-B-uiteinde af. Strip het USB-A-uiteinde en de 4 draden naar binnen. Om te bepalen welke draden de positieve en de massa zijn, sluit u de USB-A aan op een gevoede USB-aansluiting. Test combinaties van draden met een voltmeter - als er rode en zwarte draden zijn, leveren deze waarschijnlijk respectievelijk positief vermogen en aarde. Strip de buitenste isolator op het mini-B-uiteinde ongeveer 1/4 inch. Zodra u weet welke draden positief en geaard zijn, J1(+) en J1(-), stript u deze draden in het mini-B-uiteinde en knipt u de resterende twee draden af.

Stap 8: De zaklamp demonteren

A. Gebruik een kruiskopschroevendraaier op de vier schroeven om de zaklamp te demonteren.

B. De zaklamp moet gemakkelijk uit elkaar kunnen worden getrokken. Bepaal welke onderdelen de bovenkant van de behuizing, de onderkant van de behuizing en de voorplaat zijn. C. Trek de elektronica eruit. D. Klem de twee draden dicht bij de voorplaat. Je gebruikt de draad die aan de schakelaar is gesoldeerd, dus bewaar die draad zo lang mogelijk. Knip vervolgens de draad en het uiteinde van diode D1 (het negatieve, kathode-uiteinde is gemarkeerd met een zwarte lijn) dicht bij de gestapelde muntbatterijen, zodat de draad- en diodelengtes die uit de motor M1 steken zo lang mogelijk zijn.

Stap 9: De voorplaat voorbereiden

Let op: niet alle dynamo sleutelhangerzaklampen hebben een led-printplaat. Als de jouwe dat niet doet, kun je deze stap overslaan.

A. Steek een schroevendraaier met platte kop tussen het plastic van de voorplaat en de led-printplaat. B. Draai de schroevendraaier. Het voorpaneel en de LED-printplaat moeten uit elkaar springen. C. Zoek de nop op de plastic voorplaat. D. Knip de nop vast met draadknippers. E. Bij de nieuwe dynamo zal de noppenkant naar buiten wijzen. F. Soldeer de LED's van de LED-printplaat. Probeer de LED's intact te verwijderen en laat de gaten open voor toekomstige pinnen.

Stap 10: De voorplaat maken

A. Als uw LED-printplaat vergelijkbaar is met die in het diagram, oriënteert u LED D3 zodat de kathodepin D3(-) in het gat gaat tegenover het platte uiteinde van de ronde witte LED1-omtrek.

B. Buig de D3-anode D3(+) 90 graden en steek D3(-) in het gat in de LED-printplaat. C. Trim D3(+) na de bocht zodat deze minder dan 1/8 inch lang is. Knip een draad van de weerstand van 1k ohm R1 af zodat deze ook ongeveer 1/8 inch lang is. Voer het lange uiteinde van R1, R1(2) door het gat in de LED-printplaat en soldeer de korte uiteinden van R1 en D3(+) aan elkaar. D. Draai de LED-printplaat om. Soldeer R1(2) aan het gat dat niet bezet is door D3(+) en knip de resterende lengte af. De strip van koper R1(2) is nu gesoldeerd aan de positieve bus. E. Draai de LED-printplaat weer om. Voer de uitgangskabel door een van de gaten in de plastic frontplaat. Merk op dat de richting van de voorplaat nu omgekeerd is en dat de voorplaat uitsteekt als u klaar bent. F. Soldeer de J1(+) door het gat dat op de positieve bus is aangesloten. Soldeer J1(-) aan de grondbus.

Stap 11: De voorplaat voltooien

A. Breng een beetje hete lijm aan in de spleet tussen de LED-printplaat en de frontplaat aan de kabelzijde. Dit geeft de assemblage enige mechanische sterkte.

B. Aangezien u de knoopbatterijen niet nodig hebt, moet u een draad van de stapel lossolderen. Soldeer deze draad aan R1(2). Deze draad levert stroom aan de LED en de uitgangskabel nadat deze is aangesloten op de uitgang van de step-up converter.

Stap 12: Het schakelaar- en step-up-convertercircuit installeren

A. Soldeer de schakelaar uit de stapel knoopbatterijen van de zaklamp.

B. Zorg ervoor dat de pin-out van de schakelaar lijkt op de foto, met een draad gesoldeerd aan de bovenste pin SW1(2) en geen draad aan de onderste twee. Buig de middelste pen SW1(1) ongeveer 45 graden weg van de behuizing van de schakelaar. U kunt de onderste pin knippen. C. De onderste helft van de behuizing heeft drie plastic elementen aan de kant van de voorplaat die zouden voorkomen dat het nieuwe circuit erin zou passen. Knip deze af met draadknippers. D. Mogelijk moet u een hobbymes gebruiken om deze functies gelijk met de rest van de behuizing af te snijden. E. Plaats de schakelaar in de onderste helft van de behuizing op de oorspronkelijke locatie. Zorg ervoor dat de pin met de draad, SW1(2), zich het dichtst bij het uiteinde van de frontplaat bevindt. F. Plaats het gehele step-up convertercircuit in de holte, met de grote condensator C1 naar de schakelaar gericht en de twee elektrolytische condensatoren C2 en C3 aan de achterkant. SW1(1) moet tegen de negatieve pool van C1, C1(-) drukken. Als dit niet het geval is, buigt u het naar de condensator. Misschien wilt u wat isolatietape op C1(-) achter de SW1(2)-pen plaatsen, zodat deze niet kortsluit.

Stap 13: De voorplaat en het step-up-convertercircuit aansluiten

A. Zet de motor M1 terug op zijn oorspronkelijke plaats in de onderste helft van de behuizing. Verleng de draad die uit de motor komt - de massa M1(-) draad - zodat deze de middelste pin van de schakelaar, SW1(1), en de negatieve pool van de grote condensator, C1(-) raakt.

B. Knip en strip de M1(-) draad tot de juiste lengte en soldeer de draad, SW1(1), en C1(-) aan elkaar. Dit is een belangrijke verbinding, dus zorg ervoor dat de drie gesoldeerd zijn. C. Draai de behuizing zodat de motor zich aan uw linkerhand bevindt en buig de kathodedraad van D1, D1(-), zodat deze een blootliggend deel van de positieve pool van C3, C3(+) raakt. D. Soldeer D1(-) en C3(+) samen en knip de resterende lengte van D1(-) af. E. Soldeer de SW1(2)-draad aan de negatieve bus van de frontplaat. F. Soldeer de draad aangesloten op de positieve bus van de frontplaat aan de positieve klem van de grote condensator, C1(+).

Stap 14: Opnieuw in elkaar zetten

Om de montage te voltooien, plaatst u de voorplaat in de onderste helft van de behuizing. De lip van de voorplaat moet zich aan de binnenkant van de lip van de behuizing bevinden om deze op zijn plaats te houden.

Misschien wilt u wat elektrische tape op de motor plaatsen als u denkt dat de diode D1 het risico loopt op kortsluiting naar de motorbehuizing. Zet de tandwielen en hendel terug in hun oorspronkelijke posities. Raadpleeg de onderstaande foto om te zien hoe ze in de koffer zijn georiënteerd. Plaats de bovenste helft van de behuizing op de onderste helft. De twee delen moeten nauw bij elkaar passen als de step-up-converter vrij dicht bij die in deze Instructable is gemaakt. Draai de nieuwe en verbeterde voeding om en draai de vier schroeven vast.

Stap 15: Testen

Zet de schakelaar in de richting van de voorplaat. Dat is de Aan-positie.

Houd de dynamovoeding in uw linkerhand en draai met uw rechterhand aan de hendel. Ongeveer twee omwentelingen per seconde is goed. Je zou een beetje weerstand moeten ondervinden - dat is het opladen van de condensator. Na een paar seconden zal de spanning hoog genoeg zijn om de LED te laten branden. Als de condensator 5V nadert, zal de weerstand dalen. Op dat moment wordt de condensator opgeladen. Als u een aanvullende adapter met stroomkabels voor uw uitgangskabel heeft, kunt u deze aansluiten op een voltmeter. Rond het punt waar de startweerstand daalt, zou je moeten zien dat de spanning de 5V nadert en blijft. Als u weerstand ondervindt, maar de LED gaat niet branden, controleer dan de aansluitingen van de frontplaat. Als de uitgangsspanning de 5V ernstig overschrijdt, zorg er dan voor dat de elektrolytische condensatoren correct zijn gesoldeerd. Als je geen weerstand tegenkomt en het werkt duidelijk niet, dan is er mogelijk ergens een kortsluiting in het step-up converter circuit.

Stap 16: Toepassing

Ik heb de dynamovoeding gebruikt om een Luminary LM3S811 Evaluation-bord van stroom te voorzien dat "5V - geen batterij!" naar een OLED-scherm. Vanwege de chips die op dit bord worden gebruikt, trekt het een behoorlijke hoeveelheid stroom … ongeveer 80 mA. Daardoor loopt hij niet erg lang op de voeding van de dynamo totdat hij wat aanzwengelt, maar lang genoeg om verschillende tekst op het scherm te laten knipperen. De voeding van de dynamo werkt het beste met circuits die een paar mA stroom trekken. Circuits kunnen maximaal 10 minuten draaien zonder te starten, afhankelijk van hun minimale bedrijfsspanning.

Ook heb ik de dynamovoeding getest met een hobbymotor. Tijdens het starten bromde de motor mee met 50 mA stroom.